韶關冶煉廠二系統(tǒng)熱風爐余熱資源的測定與利用方案

摘要：韶關冶煉廠二系統(tǒng)熱風爐煙氣余熱資源的測試；余熱制冷方案的研究。余熱資源中熱量得到了利用，減少了余熱排放引起的熱污染，環(huán)保效益顯著；采取耗電少投資少的吸收制冷方式，將余熱轉化成冶煉廠生產工藝中急需的冷量。目前該項目已經實施在二系統(tǒng)熔煉車間，經濟效益顯著。在冶金、化工、化肥、造紙等低品位余熱資源豐富，而且冷量需求旺盛的行業(yè)，具有廣闊的推廣前景項目關鍵技術。

關鍵詞：熱風爐；余熱；余熱資源量；溴化鋰制冷；利用方案

1.韶關冶煉廠二系統(tǒng)熱風爐余熱資源量的測試

測試時間：2009年10月17日。

測試地點：韶關冶煉廠二系統(tǒng)熱風爐總煙道。

測試裝備：抽氣熱電偶、TH-880F微電腦煙塵平行采樣儀、奧氏氣體分析儀、S畢托管、干濕球溫度計、微壓計等。

測量參數(shù)：煙氣溫度，煙氣速度，煤氣瞬時消耗量，煤氣累計消耗量，煙氣成分，煤氣成份，干濕球溫度，煙氣平均流速等。

當日，熱風爐只使用了鼓風爐煤氣，本章各表中煤氣都是指鼓風爐煤氣。韶關冶煉廠二系統(tǒng)熱風爐余熱資源測試原始數(shù)據(jù)見表1.1～表1.6。

通過S畢托管測量煙道內煙氣流速約為7m/s，煙道尺寸為1800mm×1420mm。

2. 韶關冶煉廠二系統(tǒng)熱風爐煙氣余熱資源總量計算

煤氣干成份為（%）：CO2=11.8，O2=0.8，CO=22.4，H2=2.4，CH4=0.5，N2=62.1，設煤氣溫度30℃，查表得H2O濕=4.18。

則煤氣濕成分為（%）：CO2濕=11.31，O2濕=0.77，CO濕=21.46，H2濕=2.30，CH4濕=0.48，N2濕=59.50，H2O濕=4.18。

理論氧氣需要量L0O2：

理論氧氣需要量L0：

L0=4.76L0O2=0.5745（m3/m3）

理論煙氣中CO2體積VCO2：

理論煙氣中H2O體積VH2O：

理論煙氣中N2體積VN2：

理論煙氣體積V0：

理論干煙氣體積V0干：

燃料特性系數(shù)RO2大：

RO2大=100×VRO2/V0干=24.07

燃料特性系數(shù)β：

β=21/RO2大-1=-0.1275

燃料特性系數(shù)K：

將煙氣成分分析結果代入氣體分析方程：

（1+β）RO2+（0.605+β）CO+O2=21

驗證煙氣分析的準確性，見表2.1：

因此3、4、5、6、8、10、11、12號樣品煙氣成分分析結果可用，干煙氣平均成分（%）：

CO2=20.85，O2=3.15，CO=0.13，N2=75.87

氧平衡計算空氣消耗系數(shù)：

氮平衡計算空氣消耗系數(shù)：

二者基本吻合，故平均空氣消耗系數(shù)：n=1.42。

完全燃燒干煙氣的體積Vn干：

因為n>1，實際由于不完全燃燒干煙氣體積（Vn干）不：

（Vn干）不=Vn干×100/（100-0.5CO）=1.624（m3/m3）

實際煙氣中煙氣中H2O體積VH2O：（g=35.1g/m3干空氣）

實際煙氣體積為（Vn）不：

（Vn）不=VH2O+（Vn干）不=1.713（m3/m3）

實際煙氣濕成分（%）：

CO2濕=19.77，O2濕=2.99，CO濕=0.12，N2濕=71.95，H2O濕=5.17

根據(jù)煤氣支管累計煤氣消耗量計算，三臺熱風爐總煤氣流量應為26760m3/h，與煤氣總管瞬時煤氣平均流量19761m3/h矛盾。

根據(jù)煤氣流量26760m3/h計算，標準狀態(tài)下煙氣流量為45840m3/h，當平均溫度280℃時，煙氣流約為92855m3/h，在煙道（1800mm×1420mm）中的煙氣流速約為10.1m/s。根據(jù)煤氣流量19761m3/h計算，標準狀態(tài)下煙氣流量為33851m3/h，當平均溫度280℃時，煙氣流約為68569m3/h，在煙道中的煙氣流速約為7.5m/s。與實測煙道內煙氣流速比較，后者較為吻合，即煤氣流量以煤氣總管瞬時煤氣平均流量19761m3/h計比較準確，對于余熱資源的計算也比較保險。

根據(jù)國標GB/T1028-2000規(guī)定，此余熱資源屬于二類余熱資源，應盡快回收利用。按照余熱載體下限溫度180℃計算韶關冶煉廠二系統(tǒng)熱風爐煙氣余熱資源總量（忽略煙氣中CO的化學熱）。

因此，韶關冶煉廠二系統(tǒng)熱風爐余熱資源總量為：

Q=33851×147.25/3600

=1385 （kW）= 119×104 （kcal/h）

3 .利用韶關冶煉廠二系統(tǒng)熱風爐余熱制冷的方案

韶關冶煉廠有大量有待利用的余熱資源，韶關冶煉廠二系統(tǒng)熱風爐的余熱資源是其中之一，而冶煉廠多個關鍵工藝需要降溫，需要制冷。下面對于韶關冶煉廠二系統(tǒng)熱風爐余熱制冷方案進行探討。目前余熱資源制冷的方法最成熟可靠的方法是溴化鋰吸收式制冷，溴化鋰吸收式制冷機有以下優(yōu)點：

1、利用熱能為動力，不但能源利用范圍廣，而且具有兩個重要特點：一利用低勢熱能，使溴化鋰吸收式技術可以節(jié)約能耗；二以熱能為動力，溴化鋰吸收式制冷機比利用電能為動力的壓縮式制冷機可以明顯節(jié)約電耗，以一臺3500kW的制冷機組為例，壓縮式制冷機耗電約900kW，而溴化鋰吸收式制冷機僅耗電10多kW。

2、整個機組除功率較小的屏蔽泵外，無其他運動部件，運轉安靜，噪聲值僅75～80分貝。

3、以溴化鋰溶液為工質，無臭、無毒，有利于滿足環(huán)保要求。

4、制冷機在真空狀態(tài)下運行，無高壓爆炸危險，安全可靠。

5、制冷調解范圍廣，在20%～100%的負荷內可進行制冷量的無級調節(jié)。

6、對外界環(huán)境變化的適應性強，可在加熱蒸汽壓力0.2～0.8MPa，冷卻水溫度20～35℃，冷媒水出水溫度5～15℃的范圍內穩(wěn)定運轉。

7、安裝基礎要求低，無需特殊的基座，可安裝在室內、室外、甚至地下室、屋頂上。

溴化鋰制冷機組分為：單效機組，COP為0.65～0.7，熱源溫度范圍為85～150℃；雙效機組，COP為1.0～1.5，熱源溫度范圍為150～180℃；三效機組，COP為1.67～1.72，熱源溫度范圍為200～230℃；四效機組，COP為1.93～2.0，熱源溫度范圍為250～280℃?，F(xiàn)在市場上定型的溴化鋰制冷機組大多是單效和雙效機組，采用的熱源主要有蒸汽和燃氣兩種。因此，利用韶關冶煉廠二系統(tǒng)熱風爐280℃的煙氣的熱能進行溴化鋰制冷有下列兩種方案可選擇：

方案一、利用煙氣余熱鍋爐產出蒸汽，再用蒸汽驅動溴化鋰機組制冷

這種余熱制冷方式，首先要通過余熱鍋爐將煙氣余熱轉化為高溫高壓的蒸汽，利用廠內四通八達的蒸汽管網，蒸汽輸送到最終用戶之一——溴化鋰制冷機組或蒸汽發(fā)電機組。新增主要設備為：余熱鍋爐、溴化鋰制冷機組和蒸汽發(fā)電機組。

余熱鍋爐可以采用熱管式余熱鍋爐和低溫余熱鍋爐等形式，可以產生0.8MPa，170℃飽和蒸汽1.86t/h。

溴化鋰制冷機組采用蒸汽型雙效溴化鋰吸收式冷水機組的定型產品，冷水出口溫度7℃，進水溫度12℃，電耗11kW，制冷量為1396kW （即120×104kcal/h）。

除此之外，可以利用蒸汽發(fā)電，蒸汽發(fā)電機組可以采用成熟的凝汽式汽輪發(fā)電機，理論作功功率310kW，設發(fā)電機組能源效率為65%，將發(fā)電200kW，設電價0.5元/度，則一年（7000小時）發(fā)電可創(chuàng)造經濟效益70萬元。方案一在一年四季都可對外發(fā)電，創(chuàng)造可觀經濟效益。

上述余能資源利用方案符合能源梯級利用理念，適合作為企業(yè)能源綜合利用的長期規(guī)劃方案。缺點是增加了余熱鍋爐和蒸汽發(fā)電機組設備投資，按照8000元/kW估算，增加投資160萬元，但考慮到發(fā)電帶來的效益，三年仍可收回多出的這部分投資。

方案二、直接用高溫煙氣驅動溴化鋰制冷機組制冷

此類溴化鋰制冷機組沒有定型產品，可借鑒直燃式溴化鋰機組，需要根據(jù)現(xiàn)場實際情況聯(lián)系相關廠家設計生產。

機組可以采用上面介紹的雙效溴化鋰機組，COP取1.4，制冷量將達到為1974kW （即170×104kcal/h）。制冷量比蒸汽雙效溴化鋰機組大幅度提高，冷水機組的投資也相應增大，按照每千瓦制冷量0.15萬元計算，三效機組設備投資為352萬元，雙效機組設備投資184萬元。

利用韶關冶煉廠二系統(tǒng)熱風爐余熱資源制冷的方案比較如表3.1所示。

參考文獻：

[1] 戴永慶. 溴化鋰吸收式制冷技術及應用[M]. 北京： 機械工業(yè)出版杜， 2001 .

[2] 韓寶琦， 李樹林. 制冷空調原理及應用[M]. 北京： 機械工業(yè)出版社， 2002.

[3] 吳玉清， 吳進發(fā)， 耿慧彬. 兩效溴化鋰吸收式制冷機及應用[M]. 北京：機械工業(yè)出版社，1994，4.

[4] 王長慶. 用于回收余熱的幾種溴化鋰吸收式裝置[J]. 節(jié)能，1994， （11）.

[5] 鄭飛， 陳光明. 三效吸收制冷循環(huán)的性能分析和優(yōu)化[J].工程熱物理學報， 2000， 5.

[6] 車德勇. 溴化鋰吸收式制冷技術的應用與發(fā)展[J]. 東北電力學院學報，2003，23（16）

[7] 韓巍， 徐七鳴. 雙級復疊吸收式制冷/熱泵循環(huán)計算與分析[J]. 流體機械， 2001， 29（9）.

[8] 陳瀅， 朱玉群. 低溫熱源驅動的單效/雙級吸收式制冷循環(huán)[J]. 太陽能學報， 2002， 2.

[9] 楊猛. 鋼鐵企業(yè)余熱吸收制冷[J]. 節(jié)能，2009， （9）

作者簡介：

陳奕生（1967-），男，漢族，廣東潮州人，工程師，主要從事供熱通風、空氣調節(jié)及給排水工程設計、技術研究及管理工作，E-mail：13509868302@139.com。